(1)声学全息法原理

(1)声学全息法原理

声全息法是将声源存在的面假定为平面,以其为声源面。距离声源z处设置一个平面,这种定义测试面的方法即为声全息法(以下简称为AH)。在测试面上布置格子状的测试点,进行复数声压测试。

一般的声全息法使用多点测试得到的复数声压振幅PXmYm),在任意的平面(称为再生面)上再生声源。探测声源时选择声源面为再生面。再生声源时,如果应用球面波的逆向传播法则,则再生面上的任意一点(称为再生点)的再生值Vxyz)为

图示

式中,ρ为空气密度;c为声速;k为频率;XmYm为测试点的坐标;r为测试面上的测试点和再生面上的再生点之间的距离。

对于声全息法,根据式(4.31)进行面积分所得到的每个成分,即测试点的测试声压的单独得到的再生值,称为单独再生值。图4-19a中的再生面上的任意再生点R,实际上的声源位置(声源点)为S,它与测试点M1、M2的关系,即为声全息法的声源再生原理。基于式(4.31)的再生计算,声源为点声源。

现在,将再生点R设置为声源点S时,声源再生时逆向传播距离与实际的声波向测试点所传播的距离相等,从各个测试点求得的单独再生值全部为同相位的复数。另外,当再生点与声源不在同一位置时,从各个测试点所求得的再生值的相位则不同。最终的再生值是将全部测试点的单独再生值相加后得到的。因此,相位相同的单独再生值相加后的再生值的绝对值,必然比相位不同的单独再生值相加后所得到的绝对值大。图4-19b为复数平面上所表示的上述的关系,明确显示出声源所在位置的再生值为极大值。这就是声全息法通过测试进行声源探测的原理。(https://www.daowen.com)

图示

图4-19 声全息法的声源探查原理

如果在不是声源的位置再生,各个测试点的单独再生值的相位是变化的。这些变化量影响声全息声源定位精度,相同频率的测试面越大、测试面与测试对象间的距离越近,则结果越大。

但是,当实际测试时,仅从声源定位精度的观点来看无法决定测试面的大小。也就是说,拥有面积的声源,必须有较大的测试面,那么所需要的测试时间也就越多,因此,必须尽可能减小测试面的面积以缩短测试时间。测试距离虽然可以设定在与声源尽可能接近的位置,但是经常受到障碍物、空间狭小等条件的限制。因此,AH法声源的定位精度只能在测试时才能决定,而且受测试面的大小及测试位置的制约,存在无法保证足够的精度的问题,必须要想办法提高测试精度。